Audio- und Videoübertragung über IP

Im Münchner Wissenschaftsnetz (MWN) werden qualitativ hochwertige Übertragungen von Vorlesungen und hochschulrelevanten Veranstaltungen realisiert. Die Übertragung muss für Rückfragen bidirektional möglich sein. Gerade für Rückfragen ist eine geringe Verzögerungszeit (< 300 msec) wichtig. Bei Übertragungen im medizinischen Bereich gibt es noch höhere Anforderungen an die Bildqualität. Die Standorte sind im Großraum München verteilt.
Hochwertige Video/Audio Ströme werden bisher in Netzwerken meist über ATM (Asynchronous Transfer Mode) Strecken übertragen. Gegenüber herkömmlichen Netzwerktechniken wie z.B. Ethernet bietet ATM den Vorteil, daß es die Dienstgüte der Übertragung garantieren kann (QoS) und die benötigten Recourcen für die Übertragung reserviert werden. Es können deshalb die Daten mit kleiner Verzögerungszeit und ohne Verlust übertragen werden. Nur bei der Codierung der Videobilder kann es zu Verlusten kommen. Bei der Kodierung wird meist Motion-JPEG oder MPEG-2  (Moving Pictures Experts Group) verwendet. Bisher wurden am LRZ zur Videoübertragung ATM K-Net Cell Stack Video Codecs eingesetzt.
Das Backbone des MWN ist auf der Basis von IP/Ethernet realisiert. Vom Aufwand betrachtet erscheint eine Lösung, die sich in dieses Umfeld eingliedert wesentlich optimaler geeignet zu sein, als eine auf der Basis von ATM realisierte Umsetzung. Hierzu bedürfte es einer parallelen Infrastruktur, die zusätzlich installiert, gepflegt und gewartet werden müsste.
Die Übermittlung von Videobildern über IP/UDP hat bisher den Nachteil, daß keine Dienstgüte garantiert werden kann. Man hofft, daß genügend Bandbreite zur Verfügung steht und keine Pakete verloren gehen. Mit GigabitEthernet (GE) können theoretisch 1000 Mbit/s übertragen werden. Neue Netzwerkkomponenten erkennen bereits den Typ der Übermittlung (802.1P, Type of Service Field) und könnten Echtzeitanwendungen entsprechend höher priorisieren. Leider wird das Type of Service (TOS) Field bisher noch kaum von der Software unterstützt. Im Gegensatz zu ATM (QoS) spricht man bei IP Übertragung von CoS, also Class of Service. Es kann keine Qualitätsgarantie gegeben werden, sondern es werden nur verschiedene Dienste unterschieden und können entsprechend priorisiert werden. Als Kodierungsverfahren wird bei der IP/UDP Übertragung MPEG-1 oder MPEG-2 verwendet.
Am LRZ wurden drei Geräte ausführlich getestet. Diese waren Geräte von Amnis (früher Optivision), Netlink und Miranda (früher GDC). Das Pixstream Gerät wurde nur kurz im LRZ vorgeführt, die Geräte von Litton und Minerva wurden nicht getestet. Zum Entscheidungszeitpunkt (Januar 2001) hat unsere Anforderungen nur der MAC 500 von Miranda (damals noch GDC) erfüllt. Daher wurde ein Codec-Paar dieser Marke für das LRZ beschafft und hat seine Tauglichkeit auch im Praxisbetrieb gezeigt. Inzwischen (Stand Oktober 2001) ist  auch das Gerät von Amnis ähnlich leistungsstark, deshalb kann das LRZ keine Empfehlung für das Gerät von Miranda oder Amnis geben.

Fazit der Tests:
Für hochwertige Videoübertragungen sind die Geräte von  Miranda und Amnis gleichermassen geeignet. Für Miranda sprechen die sehr geringe Verzögerungszeit und Leistungsfähigkeit, jedoch ist die Zukunft und Weiterentwicklung nach dem Verkauf der Videosparte von GDC an Miranda ungewiss. Für Amnis sprechen der etwas geringere Preis und die zusätzlichen Features ( Kamarafernsteuerung, Multicastfähigkeit, Verwaltungssoftware ).
 

Ausführliche Ergebnisse der drei getesteten Geräte:

Vergleich einiger System auf IP/UDP Basis:

 
Amnis NAC
(früher Optivision)
NetLink
Litton CAMVision-2 7615
Minerva VNP
Pixstream VDS2000
Miranda MAC 500
(früher GDC)
Video Kodierung MPEG-1, MPEG-2 (56Kbps - 15Mbps) 
Full-D1, Half D-1, SIF, QSIF		 MPEG-1, MPEG-2 (1-15 Mbps) 
Full-D1, Half D-1, QCIF, CIF		 MPEG-2 
(3-10 Mbps) 
Full-D1		 MPEG-1, MPEG-2 (200Kbps-15 Mbps) 
Full-D1, Half D-1, QCIF, CIF		 MPEG-1, MPEG-2 (bis 15 Mbps)  MPEG-2 (0.8-15 Mbps) 
Audio Kodierung MPEG-1 
32-384 Kb/s 
32, 44.1, 48 kHz		 MPEG-1 
64-384 Kb/s 
32, 44.1, 48 kHz		 44.1 kHz MPEG-1 
32-384 Kb/s 
32, 44.1, 48 kHz		 MPEG-1, MPEG-2
bis 384 Kb/s 
48 kHz
System Echtzeit Betriebssystem  Windows NT Echtzeit Betriebssystem modulares System mit eigenem Betriebssystem eigenes Betriebssystem
Preis pro Paar
(je ein De- und Encoder)		 ca. 40.000 DM ca .25.000 DM ca 50.000 DM ca. 50.000

Weiterführende Links:
MPEG Pointers and Resources
Moving Picture Expert Group